JPWO2013001809A1

JPWO2013001809A1 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPWO2013001809A1
Application number: JP2013522442A
Authority: JP
Inventors: 土井　博之; 博之土井; 光雄安平; 良平宮川; 愛幸大森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2015-02-23
Also published as: US9263482B2; WO2013001809A1; US20140117486A1

Abstract

複数の画素を有する固体撮像装置１００であって、基板１０と、基板１０上に形成され、絶縁膜２０及び複数の配線２４を含む配線層と、配線層上に、複数の画素と一対一に対応して形成された複数の下部電極３０と、複数の下部電極３０上に亘って形成された光電変換膜５０と、光電変換膜５０上に形成され、透光性を有する上部電極６０とを備え、隣り合う下部電極３０の間に、下部電極３０と電気的絶縁が図られ、且つ、電位が固定されたシールド電極４０が形成されている。

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に、光電変換膜で入射光から光電変換を行う積層型固体撮像装置の構成に関する。

従来の固体撮像装置として、例えば、図１１に示すように、カラーフィルター９７２ｒ，９７２ｇ，９７２ｂが配列された固体撮像装置９００がある。図１２に示すように、固体撮像装置９００は、ｎ型シリコン基板９１２とｐ型ウェル領域９１４とからなる半導体基板９１０、半導体基板９１０上に形成された絶縁膜９２０、絶縁膜９２０上に形成された下部電極９３０、下部電極９３０上に形成された光電変換膜９５０、及び光電変換膜９５０上に形成された上部電極９６０を備える。さらに、固体撮像装置９００は、上部電極９６０上に形成された保護膜９７０、保護膜９７０上に形成されたカラーフィルター９７２、及びカラーフィルター９７２上に形成されたマイクロレンズ９７４を備える。ウェル領域９１４には、ｎ型電荷蓄積部９１６、及びｎ型電荷蓄積部９１６から信号電荷を読み出す信号読み出し部９１８が形成されている。絶縁膜９２０には、導電性材料からなるプラグ９２２が埋め込まれている。下部電極９３０は画素毎に離間して形成され、隣り合う下部電極９３０の間には隙間９３２がある。下部電極９３０は電位固定されておらず、フローティング状態となっている。

光電変換膜９５０で生成された信号電荷は、上部電極９６０に正パルスを印加することにより、下部電極からプラグ９２２を通り電荷蓄積部９１６に蓄積される。さらに所定の蓄積時間後に、電荷蓄積部９１６に蓄積された信号電荷が信号読み出し部９１８に読み出される。その後、信号電荷は増幅器を介して外部へ出力される。

ところで、光電変換膜９５０の下部電極９３０間の隙間９３２に対応する領域は、下部電極９３０の上方に対応する領域と比べ印加される電界強度が小さい。よって、光電変換膜９５０の下部電極９３０間の隙間９３２に対応する領域では信号電荷が移動しにくく、信号電荷が本来よりも後のフレームで読み出されてしまい、残像が生じるおそれがある。この問題を解決するため、特許文献２では、隣り合う下部電極９３０間の隙間を３μｍ以下とする構成が開示されている。

特開２００８−２５２００４号公報特開２００９−１４７１４７号公報

上記従来の固体撮像装置では、下部電極が、隣り合う下部電極の電位による静電結合の影響を受けるおそれがある。静電結合とは、電流が流れる導体の近くに異なる導体を設けると、隣り合う導体の間に浮遊容量が生じ、電圧が誘起されることである。具体的には、各下部電極の隣り合う下部電極に信号電荷が多く蓄積されると、下部電極において隣り合う下部電極に近い部分では反対の電荷が引き寄せられ、その他の部分において疑似信号が発生することがある。各下部電極で発生する疑似信号量は、それぞれ隣り合う下部電極に蓄積された信号電荷量により異なる。そして、当該下部電極ごとに異なる疑似信号が、電荷蓄積部を介して外部へ読み出されると、画素ごとに異なるノイズが出力され、撮像画像の画質が劣化してしまう。

特に近年、画素の微細化とともに、光電変換膜で発生し各下部電極を通る信号電荷が減少している。本来の信号電荷に対する疑似信号の割合がより増加してしまい、疑似信号による画質劣化が大きな問題となっている。

例えば、単位画素サイズが１．７５μｍ×１．７５μｍで単位画素当たりに最大で蓄積できる電荷が約１００００電子の場合、下部電極の間隔を０．２μｍ、下部電極の膜厚を０．１μｍとした場合に、４方のうち１方の隣接画素からは、当該画素に蓄積された電子のうち最大で約２５０電子の増減となる影響を受ける。カラーフィルターがベイヤー配列を採る場合、さらに画像の色合い（解像度）の劣化が顕著になる。例えば、緑色カラーフィルターは４方向を赤色カラーフィルターと青色カラーフィルターとに囲まれている。この領域に赤色の強い光が入射したとき、緑色カラーフィルターでは２方向に隣り合う赤色カラーフィルターの下部電極の電位の静電結合によって最大で約５００電子の信号出力を生じる。そのため、赤色カラーフィルターは最大で約５００電子の信号出力の低下となる。１画素当たりに蓄積可能な電子数を約１００００電子とすると、約５％の信号出力が変動することとなり、被写体の色合いと異なる画像の出力につながる。

本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、隣り合う下部電極間の隙間を小さくしつつ下部電極ごとに異なる疑似信号が発生することを抑制できる固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、複数の画素を有する固体撮像装置であって、基板と、基板上に形成され、絶縁膜及び複数の配線を含む配線層と、配線層上に、前記複数の画素と一対一に対応して形成された複数の下部電極と、複数の下部電極上に亘って形成された光電変換膜と、光電変換膜上に形成され、透光性を有する上部電極とを備え、隣り合う下部電極の間に、当該隣り合う下部電極と電気的絶縁が図られ、且つ、電位が固定されたシールド電極が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、複数の画素を有する固体撮像装置であって、基板と、基板上に形成され、絶縁膜及び複数の配線を含む配線層と、配線層上に、前記複数の画素と一対一に対応して形成された複数の下部電極と、複数の下部電極上に亘って形成された光電変換膜と、光電変換膜上に形成され、透光性を有する上部電極とを備え、隣り合う配線の間に、当該隣り合う配線と電気的絶縁が図られ、且つ、電位が固定されたシールド配線が形成されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る固体撮像装置では、隣り合う下部電極間の隙間に、電位が固定されたシールド電極が形成されている。これにより、下部電極が静電結合されるものは電位が固定されたシールド電極となり、その影響はどの下部電極でも等しくなる。そのため、下部電極ごとに異なる疑似信号が発生することを抑制できる。疑似信号がどの下部電極でも等しいので、あらかじめ、信号出力値を補正することで、撮像画像の画質の劣化を抑制できる。

従って、本発明の一態様に係る固体撮像装置では、隣り合う下部電極間の隙間を小さくしつつ、隣り合う下部電極間の静電結合を抑制し下部電極ごとに異なる疑似信号が発生することを抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置における各構成要素のレイアウト図である。図１に示した固体撮像装置を示すＡ−Ａ断面図である。本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置を示すＡ−Ａ断面図である。本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置を示すＡ−Ａ断面図である。本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置における各構成要素のレイアウト図である。図５に示した固体撮像装置を示すＢ−Ｂ面図である。本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置を示すＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置を示すＢ−Ｂ断面図である。変形例に係る固体撮像装置を説明する図である。変形例に係る固体撮像装置を説明する図である。従来の固体撮像装置の構成を示す図である。従来の固体撮像装置の構成を示す図である。

［実施の形態１］
１．固体撮像装置１００の構成
図１は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００における下部電極３０、シールド電極４０、及びカラーフィルター７２の形状と位置関係とを説明するためのレイアウト図である。

複数の画素を有する固体撮像装置１００は、画素毎に区切られたカラーフィルター７２、画素と一対一に対応して隙間３２を空けて形成された正方形状の下部電極３０、及び下部電極３０を囲み隣り合う下部電極３０の隙間３２を通るように形成され、正方格子状のシールド電極４０を備える。シールド電極４０の電位は固定されており、これについては、後に詳細に説明する。カラーフィルター７２ｒ，７２ｇ，７２ｂはそれぞれ赤色光（波長域６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度）、緑色光（波長域５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度）、青色光（波長域４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度）の光を透過し、カラーフィルター７２はベイヤー配列となっている。

図２は、図１に示した固体撮像装置１００のＡ−Ａ線での断面図である。

固体撮像装置１００は、ｎ型シリコン基板１２とｐ型ウェル層１４とからなる半導体基板１０、ｐ型ウェル層１４内に形成された電荷蓄積部１６、ｐ型ウェル層１４内に形成された信号読み出し部１８、半導体基板１０上に積層された絶縁膜２０、絶縁膜２０内に形成された下部電極３０、下部電極３０上に形成された光電変換膜５０、光電変換膜５０上に形成された上部電極６０、上部電極６０上に形成された保護膜７０、保護膜７０上に形成されたカラーフィルター７２、及びカラーフィルター７２上に形成されたマイクロレンズ７４を備える。

絶縁膜２０には配線２２及び配線２４が埋め込まれ、配線２４と下部電極３０とは配線２２を介して接続され、配線２４同士はコンタクトプラグ２６を介して接続されている。配線２４は配線２４ａ，２４ｂ，２４ｃからなり、コンタクトプラグ２６はコンタクトプラグ２６ａ，２６ｂ，２６ｃからなる。これにより、下部電極３０で補集された信号電荷を電荷蓄積部１６へ移動できる。隣り合う下部電極３０の間には隙間３２があり、当該隙間３２にシールド電極４０が形成されている。上部電極６０に配線が接続され、この配線を介して正のバイアス電圧が上部電極６０に印加されている。このバイアス電圧により、光電変換膜５０で発生した正孔が下部電極３０へ移動し、電子が上部電極６０に移動する。

光電変換膜５０は複数の下部電極３０を覆うように拡がっている。光電変換膜５０に電圧が印加されると、光電変換効率を向上できる。所望の光電変換効率を得るために、光電変換膜５０に印加しなければならない電圧は、光電変換膜５０の膜厚により異なる。具体的には、光電変換効率は光電変換膜５０に加わる電界が大きいほど向上し、且つ、同じ印加電圧の場合でも光電変換膜５０の膜厚が薄いほど加わる電界は大きくなる。従って、光電変換膜５０の膜厚が薄い場合は、印加電圧が小さくても所望の光電変換効率を得ることができる。固体撮像装置１００における光電変換膜５０に加える電場の下限は、１０Ｖ・ｍ^-1以上が良く、さらに、１×１０³Ｖ・ｍ^-1以上が望ましい。電場の上限は特にないが、大きな電場を加え過ぎると暗所でも電流が流れてしまうので、１×１０¹²Ｖ・ｍ^-1以下が良く、さらに１×１０⁹Ｖ・ｍ^-1以下が望ましい。
３．固体撮像装置１００の駆動
マイクロレンズ７４に入射した光は集光され、カラーフィルター７２を通り、光電変換機能を有する光電変換膜５０に入射する。光電変換膜５０で入射光から信号電荷が発生し、当該電荷は下部電極３０から配線２２を通り、電荷蓄積部１６で蓄積される。この状態で、読み出しゲート（図示せず）に読み出しパルスが印加されると、蓄積されていた信号電荷は信号読み出し部１８に読み出される。その後、従来のＭＯＳ型固体撮像装置と同様に信号が順次読み出される。

ここで、カラーフィルター７２ｒは赤色の波長域の光を透過するため、カラーフィルター７２ｒに対応する領域で出力される信号は赤色光に対応するものである。緑色、青色カラーフィルター７２ｇ，７２ｂについても同様である。このように、固体撮像装置１００では、カラー画像データを生成することができる。
４．固体撮像装置１００の寸法と材料と製造方法
固体撮像装置１００の単位画素サイズは、例えば、１．７５μｍ×１．７５μｍである。

半導体基板１０は、上述のように、例えば、シリコンからなり、絶縁膜２０は、例えば、酸化シリコンからなる。

配線２４は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ合金、Ｗ、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）からなり、信号線、電源線、及び接続線等として機能する。

コンタクトプラグ２６は、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ（クロム）からなる。コンタクトプラグ２６を形成するには、絶縁膜２０をリソグラフィ技術及びＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のような異方性ドライエッチングを用いて開口し、例えば、ブランケットＣＶＤ法を用いて当該開口に金属を埋め込めば良い。

下部電極３０及びシールド電極４０は、入射光を遮光するような不透明の導電性材料である金属、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ａｇなどからなる。シールド電極４０を形成するには、例えば、ＤＣ（直流）スパッタリング法で成膜を行った後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いれば良い。

下部電極３０とシールド電極４０との隙間の幅ｄ１は、例えば、０．１μｍ〜０．３μｍである。これは、製造プロセスで実現できる範囲で下部電極３０の感度を向上させ、且つ、静電結合による影響を抑制できる大きさである。また、隣り合う下部電極３０の隙間３２の幅ｄ２は、例えば、０．３μｍ〜０．８μｍである。これは、下部電極３０上に比べ、隙間３２上に位置する領域の光電変換膜５０で発生した信号電荷は読み出されるのに時間がかかることによる残像を抑制できる程度となっている。

光電変換膜５０は、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける光吸収率が５０％以上であれば良く、例えば、有機光導電膜からなる。有機光電変換膜は、特定波長域の光を吸収して電荷を生成する光電変換材料を含み、分光特性や感度に優れている。さらに、光電変換膜５０は、高感度を維持できるよう、入射光子１つあたりの出力電子数である量子効率が高い材料からなることが望ましい。

上部電極６０は、可視光に対する透過性が高く、且つ、抵抗値が小さい透明導電性酸化物（ＴＣＯ；ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＣｏｎｄｕｃｔｉｎｇＯｘｉｄｅ）からなり、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる。

保護膜７０は、光電変換膜５０や上部電極６０の保護機能及び透明性を兼ね備えた材料、例えば、窒化シリコンからなる。ここで、保護機能とは、水分や酸素が浸入しにくい緻密性、水分や酸素と反応しにくい非反応性をいう。窒化物からなる保護膜７０を形成するには、物理気相堆積法によって成膜すればよい。この方法を用いれば、光電変換膜５０及び上部電極６０を変化させずに、緻密な窒化シリコン膜を形成できる。なお、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて、保護膜７０の光透過率が８０％以上であれば、光電変換膜５０に十分に可視光を入射させることができる。また、保護膜７０の厚みは０．１μｍ〜１０μｍが好ましく、０．５μｍ〜５μｍがより好ましく、１μｍ〜３μｍが更に好ましい。

カラーフィルター７２は、例えば、顔料を含有するアクリル樹脂のような有機材料からなる。カラーフィルター７２の膜厚は、カラーフィルター７２の材料の入射光に対する分光特性や透過性を基準として設定され、例えば、０．２μｍ〜０．５μｍである。

マイクロレンズ７４は、例えば、アクリル樹脂からなる。
５．シールド電極の電位設定
シールド電極４０の電位は、上部電極６０と下部電極３０との中間電位（０Ｖ〜１０数Ｖの間の電圧）に設定することが必要である。シールド電極４０の電位として上部電極６０と下部電極３０との平均電位を与えると、他の電位を与えたときと比べ光電変換膜５０への電界ストレスを低減でき、絶縁膜２０の隙間３２に対応する領域の耐久性を抑制でき、且つ、光電変換膜５０中で発生した電荷の下部電極３０への取り込みロスを抑制できる。シールド電極４０の電位として上部電極６０と下部電極３０との平均電位より大きく上部電極６０の電位以下である電位を与えると、光電変換膜５０中で発生した電荷の下部電極３０への取り込みロスをさらに低減できる。

また、シールド電極４０を、各画素内に形成された画素読み出し回路への電源供給を行う電源配線に複数箇所に電気的に接続することで、シールド電極４０を電源配線としても使用できる。これにより、シールド電極４０がシャント配線としても機能することとなる。その結果、電源配線における電圧降下を抑制し、画素読み出し回路への電源供給の安定化を図ることができる。
６．効果
隣り合う下部電極３０間の隙間３２に、電位が固定されたシールド電極４０が形成されている。これにより、下部電極３０はシールド電極４０から静電結合の影響を受けることとなる。ここで、シールド電極４０の電位が固定されているため、その影響はどの下部電極３０でも等しくなる。そのため、各下部電極３０において異なる疑似信号が発生することを抑制できる。疑似信号がどの下部電極３０でも等しいので、あらかじめ、信号出力値を補正することで、固体撮像装置１００の撮像画像の画質の劣化を抑制できる。

シールド電極４０は下部電極３０と同じ材料からなり、下部電極３０に並設する状態で上面高さを揃えて形成されるため、下部電極３０とシールド電極４０とを同時に形成できる。そのため、シールド電極４０を形成するため、別途製造工程を増やさなくても良い。製造時のマスクの合わせずれが起きないので、適切な位置に下部電極３０とシールド電極４０とを形成することが容易である。

また、シールド電極４０が金属からなるので、半導体基板１０への入射光を低減でき、半導体基板１０に光が入射することにより起きる、読み出し回路の誤動作を抑制できる。
［実施の形態２］
１．固体撮像装置２００
図３は、実施の形態２に係る固体撮像装置２００の構造を示す図である。下記以外の構成は、固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。

隣り合う配線２２の間に、シールド配線４２が形成されている。シールド配線４２と配線２２とは電気的絶縁が図られている。また、シールド電極４０とシールド配線４２とが電気的に接続されているため、シールド配線４２の電位はシールド電極４０の電位に固定されている。シールド配線４２は配線２２と同じ材料からなり、配線２２並設する状態で上面高さを揃えて形成される。
２．効果
ところで、隣り合う配線２２等の配線間においても、下部電極３０と同様のノイズが発生するおそれがある。従来の固体撮像装置では、画素の微細化で配線間の隙間が狭くなり下部電極間にシールドが形成できなくなり、隣り合う配線の電位による静電結合の影響を受けるおそれがある。各配線の隣り合う配線に信号電荷が多く蓄積されると、配線において隣り合う配線に近い部分では反対の電荷が引き寄せられ、その他の部分において疑似信号が発生することがある。各配線で発生する疑似信号量は、それぞれ隣り合う配線に蓄積された信号電荷量により異なる。そして、当該配線ごとに異なる疑似信号が、電荷蓄積部を介して外部へ読み出されると、画素ごとに異なるノイズが出力され、撮像画像の画質が劣化してしまう。

固体撮像装置２００では、隣り合う配線２２の隙間に、電位が固定されたシールド配線４２が形成されている。これにより、配線２２が静電結合されるものは電位が固定されたシールド配線４２となり、その影響はどの配線２２でも等しくなる。そのため、配線２２ごとに異なる疑似信号が発生することを抑制できる。疑似信号がどの配線２２でも等しいので、あらかじめ、信号出力値を補正することで、撮像画像の画質の劣化を抑制できる。従って、固体撮像装置２００では、微細化で隣り合う配線２２の隙間を小さくしつつ、隣り合う配線２２間の静電結合を抑制し配線ごとに異なる疑似信号が発生することを抑制できる。

すなわち、固体撮像装置２００では、シールド電極４０、シールド配線４２の電位が固定されているため、その影響はどの下部電極３０、配線２２でも等しくなる。そのため各下部電極３０において異なる疑似信号が発生することをさらに抑制できる。

なお、シールド配線４２は配線２２と同じ材料からなり、配線２２に並設する状態で上面高さを揃えて形成されるため、配線２２とシールド配線４２とを同時に形成できる。そのため、シールド配線４２を形成するため、別途製造工程を増やさなくても良い。製造時のマスクの合わせずれが起きないので、適切な位置に配線２２とシールド配線４２とを形成することが容易である。

さらに、シールド電極４０とシールド配線４２とが電気的に接続されている。そのため、シールド配線４２を、例えば、アイランド状に形成することができる。このように、シールド配線４２の電気的接続を可能とするために、固体撮像装置２００全体に亘って、シールド配線４２を引き回す必要がないため、設計の自由度が大きくなる。

なお、下部電極３０間の静電結合の影響が気にならなければ、シールド電極４０を形成せず、シールド配線４２のみを形成してもよい。
［実施の形態３］
１．固体撮像装置３００
図４は、実施の形態３に係る固体撮像装置３００の構造を示す図である。下記以外の構成は、固体撮像装置２００と同じなので説明を省略する。

隣り合う配線２４ｂの間にシールド配線４４が形成されている。シールド電極４０とシールド配線４２，４４とが電気的に接続されているため、シールド配線４４の電位はシールド電極４０の電位に固定されている。シールド配線４４は配線２４ｂと同じ材料からなり、配線２４ｂ並設する状態で上面高さを揃えて形成される。
２．効果
シールド電極４０、シールド配線４２に接続されたシールド配線４４がさらに形成されることで、下部電極３０が静電結合されるものはシールド電極４０、シールド配線４２となり、シールド電極４０、シールド配線４２の電位が固定されているため、その影響はどの下部電極３０でも等しくなる。そのため各下部電極３０において異なる疑似信号が発生することを抑制できる。

なお、シールド配線４４は配線２４ｂと同じ材料からなり配線２４ｂ並設する状態で上面高さを揃えて形成されるため、配線２４ｂとシールド配線４４とを同時に形成できる。そのため、シールド配線４４を形成するため、別途製造工程を増やさなくても良い。製造時のマスクの合わせずれが起きないので、適切な位置に配線２４ｂとシールド配線４４とを形成することが容易である。
［実施の形態４］
１．固体撮像装置４００
図５は、実施の形態１に係る固体撮像装置４００における配線２４ｂ、シールド配線２４ｄ、及びカラーフィルター７２の形状と位置関係とを説明するためのレイアウト図である。

図６は、図５に示した固体撮像装置４００のＢ−Ｂ線での断面図である。図６は、実施の形態４に係る固体撮像装置４００の構造を示す図である。下記以外の構成は、固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。

固体撮像装置４００の単位画素サイズは、上述した、例えば、１．７５μｍ×１．７５μｍの固体撮像装置１００の単位画素サイズから、隣り合う下部電極３０の隙間３２にシールド電極４０を形成できなくなるサイズまで縮小されている。固体撮像装置４００では、固体撮像装置１００同様に所望の効果を得るために、配線２４ｂの周囲にシールド配線２４ｄが形成されている。シールド配線２４ｄは配線２４ｂと同じ材料からなり、配線２４ｂ並設する状態で上面高さを揃えて形成される。シールド配線２４ｄの電位は、固定またはフローティングに形成することが容易である。
２．効果
シールド配線２４ｄが形成されることで、半導体基板１０上の電荷蓄積部１６がシールドされ、シールド配線２４ｄの電位が固定されているため、その影響はどの電荷蓄積部１６でも等しくなる。そのため、各電荷蓄積部１６において異なる疑似信号が発生することを抑制できる。

また、シールド配線２４ｄは配線２４ｂと同じ材料からなり並設する状態で上面高さを揃えて形成されるため、配線２４ｂとシールド配線２４ｄとを同時に形成できる。そのため、シールド配線２４ｄを形成するため、別途製造工程を増やさなくても良い。製造時のマスクの合わせずれが起きないので、適切な位置に配線２４ｂとシールド配線２４ｄとを形成することが容易である。
［実施の形態５］
１．固体撮像装置５００
図７は、実施の形態５に係る固体撮像装置５００の構造を示す図である。下記以外の構成は、固体撮像装置４００と同じなので説明を省略する。

配線２４ｂの周囲にシールド配線２４ｄが形成され、シールド配線２４ｄの下部にシールド配線２６ｄが形成されている。シールド配線２６ｄは配線２６ｂと同じ材料からなり、配線２６ｂ並設する状態で上面高さを揃えて形成される。シールド配線２６ｄの電位は、固定またはフローティングに形成することが容易である。
２．効果
シールド配線２４ｄの下部にシールド配線２６ｄが形成されることで、半導体基板１０上の電荷蓄積部１６がシールドされ、シールド配線２４ｄの電位が固定されているため、その影響はどの電荷蓄積部１６でも等しくなる。そのため各電荷蓄積部１６において異なる疑似信号が発生することを抑制できる。

また、シールド配線２６ｄはコンタクトプラグ２６ｂと同じ材料からなり並設する状態で上面高さを揃えて形成されるため、コンタクトプラグ２６ｂとシールド配線２６ｄとを同時に形成できる。そのため、シールド配線２６ｄを形成するため、別途製造工程を増やさなくても良い。製造時のマスクの合わせずれが起きないので、適切な位置にコンタクトプラグ２６ｂとシールド配線２６ｄとを形成することが容易である。
［実施の形態６］
１．固体撮像装置６００
図８は、実施の形態５に係る固体撮像装置６００の構造を示す図である。下記以外の構成は、固体撮像装置５００と同じなので説明を省略する。

配線２４ｂの周囲にシールド配線２４ｄが形成され、シールド配線２４ｄの下部にシールド配線２６ｄが形成され、さらにシールド配線２６ｅが形成されている。シールド配線２６ｅは配線２４ａ、２４ｃと同じ材料からなり、配線２４ａ、２４ｃは並設する状態で上面高さを揃えて形成される。シールド配線２６ｅの電位は、固定またはフローティングに形成することが容易である。
２．効果
配線２４ａ、２４ｃに挟まれるシールド配線２６ｅが形成されることで、半導体基板１０上の電荷蓄積部１６がシールドされ、シールド配線２４ｄ、２６ｄ、２６ｅの電位が固定されているため、その影響はどの電荷蓄積部１６でも等しくなる。そのため各電荷蓄積部１６において異なる疑似信号が発生することを抑制できる。

また、シールド配線２６ｅは配線２４ａ、２４ｃと同じ材料からなり並設する状態で上面高さを揃えて形成されるため、シールド配線２６ｅは配線２４ａ、２４ｃとを同時に形成できる。そのため、シールド配線２６ｅを形成するため、別途製造工程を増やさなくても良い。製造時のマスクの合わせずれが起きないので、適切な位置にシールド配線２６ｅとシールド配線２４ａ、２４ｃとを形成することが容易である。
［変形例］
１．カラーフィルターについて
実施の形態等では赤色カラーフィルター、緑色カラーフィルター、青色カラーフィルターの配列は、ベイヤー配列としたが、これに限らず、公知の固体撮像素子に用いられているカラーフィルター配列（縦ストライプ、横ストライプ等）を採用することができる。
１．シールド電極の形状
実施の形態等では、平面視したときのシールド電極の形状は、正方格子状であるが、これに限らず、他の格子状やライン状に形成しても良い。例えば、図９に示すように、隣り合うカラーフィルター７２の列の間にのみ、シールド電極４４０をライン状に形成しても良い。また、これに限らず、隣り合うカラーフィルターの行の間にのみ、シールド電極をライン状に形成しても良い。

また、実施の形態等では、隣り合う下部電極の隙間は均一であったが、これは均一でなくても良い。例えば、列方向の隣り合う下部電極の隙間がシールド電極を形成できない程に小さく、行方向の隣り合う下部電極の隙間がシールド電極を形成できる程度に広い場合には、行方向にのみライン状のシールド電極を形成すれば良い。
２．シールド配線の形状
実施の形態３では、シールド配線の形状をライン状としていたが、これに限らず、アイランド状に形成しても良い。

また、隣り合うライン状の配線２４ａの間にシールド配線４８を設け、隣り合うライン状の配線２４ｂの間にシールド配線４４を設ける構成では、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、配線２４ａ，２４ｂの列の間に、それぞれシールド配線４４，４８を形成すれば良い。このとき、シールド配線４４，４８にそれぞれコンタクト４４ａ，４８ａを設けて、コンタクト４４ａ，４８ａ間にアイランド状のシールド配線を形成することで、シールド配線４８に固定電位を与えることができる。
３．シールド電極
実施の形態等では、シールド電極を下部電極と同じ材料で形成したが、別の材料で形成しても良い。別の材料で形成すると、下部電極を形成する工程とシールド電極を形成する工程とは別工程となり、それぞれのマスクパターンに余裕が出るため、隣り合う下部電極間の隙間が小さくても、シールド電極を形成することができる。
４．基板
実施の形態等では、基板としてｎ型シリコン基板を用いたが、これに限らず、例えば、ｐ型シリコン基板を用いても良い。ｐ型シリコン基板を用いた場合、ｐ型シリコン基板とｐ型ウェル層を電気的に分離するため、ｐ型ウェル層の下層に深いｎ型ウェル層を形成することが望ましい。

また、基板は基板内部及び基板上に電子回路を設置できるものであれば良く、例えば、ガラス基板や石英基板等でも良い。
５．上部電極
実施の形態等では、上部電極はＩＴＯからなるとしたが、これに限らず、酸化インジウム、酸化スズ、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、酸化亜鉛、ＡＺＯ（アルミニウムドープ酸化亜鉛）を用いても良い。上部電極の材料は、プラズマフリーである成膜装置、ＥＢ蒸着装置、及びパルスレーザ蒸着装置により成膜できるものが望ましい。

上部電極の光透過率は、光電変換膜の光電変換光吸収ピーク波長において、６０％以上が良く、８０％以上であれば望ましい。また、上部電極の表面抵抗は、電荷蓄積／転送・読み出し部位がＣＣＤ構造であるかＣＭＯＳ構造であるか等に適する範囲が異なる。電荷蓄積／転送／読み出し部位がＣＭＯＳ構造の場合には１００００Ω／□以下が良く、１０００Ω／□以下であれば望ましい。電荷蓄積／転送／読み出し部位がＣＣＤ構造の場合には１０００Ω／□以下が良く、１００Ω／□以下が望ましい。
６．光電変換膜の構成
実施の形態等では、光電変換膜として有機光導電膜を用いたが、これに限らず、無機光導電膜を用いても良いし、有機材料及び無機材料の両方が混在したものを用いても良い。無機光導電膜は有機光導電膜よりも、時間の経過により光電変換膜に侵入した水分や酸素による特性劣化に耐久性がある。

また、非結晶シリコン（アモルファスシリコン）やガリウム砒素のような化合物半導体を用いて形成しても良い。この場合、光電変換膜は、シリコン、ガリウム砒素の吸収係数の波長依存性を利用して形成し、その深さ方向で色分離を行う。化合物半導体を用いた光電変換膜を形成するには、例えば、プラズマＣＶＤ法やＭＯ（有機気層）ＣＶＤ法などを用いれば良い。
７．その他
実施の形態等では、上部電極に正のバイアス電圧を印加したが、これに限らない。例えば、上部電極に負のバイアス電圧を印加する場合は、光電変換膜で発生した電荷が下部電極に移動し、正孔が上部電極に移動することとなる。

本発明に係る固体撮像装置の構成などは、上記実施の形態及び変形例に係る固体撮像装置の構成に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。そして、技術的思想を逸脱しない範囲において、上述の各工程で使用したプロセスを他の等価なプロセスに置換することが可能である。また、工程順を入れ替えることも、材料種を変更することも可能である。

本発明は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、車載カメラなどに搭載される撮像デバイスとしての固体撮像装置を実現するのに有用である。

１０，９１０半導体基板
１６，９１６電荷蓄積部
１８，９１８信号読み出し部
２０，９２０絶縁膜
２２，２４，２４ａ，２４ｂ配線
４２，４４，２４ｄ，２６ｄ，２６ｅシールド配線
３０下部電極
４０，４４０シールド電極
５０，９５０光電変換膜
６０，９６０上部電極
７０，９７０保護膜
７２，７２ｒ，７２ｇ，７２ｂ，９７２，９７２ｒ，９７２ｇ，９７２ｂカラーフィルター
７４，９７４マイクロレンズ
１００，２００，３００，４００，５００，６００，９００固体撮像装置

Claims

複数の画素を有する固体撮像装置であって、
基板と、
前記基板上に形成され、絶縁膜及び複数の配線を含む配線層と、
前記配線層上に、前記複数の画素と一対一に対応して形成された複数の下部電極と、
前記複数の下部電極上に亘って形成された光電変換膜と、
前記光電変換膜上に形成され、透光性を有する上部電極と
を備え、
隣り合う前記下部電極の間に、当該隣り合う下部電極と電気的絶縁が図られ、且つ、電位が固定されたシールド電極が形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記シールド電極は前記下部電極と同じ材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
隣り合う前記配線の間に、当該隣り合う配線と電気的絶縁が図られ、且つ、電位が固定されたシールド配線が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記シールド配線は前記配線と同じ材料からなる
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
前記シールド配線は、前記シールド電極と電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
前記シールド電極の電位は、前記上部電極の電位と前記下部電極の電位との間に取る
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
さらに、各画素の前記配線に、共通に電源供給をする電源配線を備え、
前記シールド電極は、前記電源配線に複数箇所で電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記複数の下部電極は行列状に二次元配置され、
前記シールド電極は平面視すると格子状である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
複数の画素を有する固体撮像装置であって、
基板と、
前記基板上に形成され、絶縁膜及び複数の配線を含む配線層と、
前記配線層上に、前記複数の画素と一対一に対応して形成された複数の下部電極と、
前記複数の下部電極上に亘って形成された光電変換膜と、
前記光電変換膜上に形成され、透光性を有する上部電極と
を備え、
隣り合う前記配線の間に、当該隣り合う配線と電気的絶縁が図られ、且つ、電位が固定されたシールド配線が形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記シールド配線は前記配線と同じ材料からなる
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
前記シールド配線の電位は、前記上部電極の電位と前記下部電極の電位との間に取る
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
さらに、各画素の前記配線に、共通に電源供給をする電源配線を備え、
前記シールド配線は、前記電源配線に複数箇所で電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
前記複数の配線は行列状に二次元配置され、
前記シールド配線は平面視すると格子状である
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。